[發明專利]一種氣墊船航跡保持舵槳協同控制與分配方法

有效

• 申請號: 201910613554.1
• 申請日: 2019-07-09
• 公開（公告）號: CN110398961B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 王元慧;馬慶嚴;王成龍;徐玉杰;劉建旭;佟海艷;王曉樂;劉沖
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于船舶領域，公開了一種氣墊船航跡保持舵槳協同控制與分配方法，包含如下步驟：步驟(1)：獲得氣墊船當前的位置和當前的艏向角，計算出氣墊船的位置偏差和艏向角偏差；步驟(2)：采用PID控制器，將位置偏差信號傳遞給航跡控制器，將艏向角偏差信號傳遞給航向控制器；步驟(3)：對遺傳算法中的選擇算子和交叉規則進行改進，使用改進后的遺傳算法對航跡控制器和航向控制器進行參數尋優；步驟(4)：添加故障補償環節對串接鏈控制分配模塊進行改進，將進行參數尋優后的航跡控制器和航向控制器的輸出指令傳遞到改進后的串接鏈控制分配模塊進行舵槳推力分配。本發明克制了早熟現象，避免了出現局部最優解的問題，提高了可靠性。

技術領域

本發明屬于船舶領域，尤其涉及一種氣墊船航跡保持舵槳協同控制與分配方法。

背景技術

氣墊船，是指一種利用表面效應原理，依靠高于大氣壓的空氣在船體與支撐面間形成氣墊，使船體全部或部分脫離支撐面航行的高速船舶。按產生氣墊的方式,可分為全墊升氣墊船和側壁式氣涂船兩種。氣墊船多用輕合金材料制成，船上裝有鼓風機和輕型柴油機或燃氣輪機等產生氣墊和驅動船舶前進的動力裝置，并有空氣螺旋槳或水螺旋槳、噴水推進器等推進器。由鼓風機產生的高壓空氣，通過管道送入船底空腔的氣室內形成氣墊托起船體，并由發動機驅動推進器使船貼近支撐面航行。氣墊船的航行阻力很小，可使航速高達60～80km/h。目前，多用作髙速客船、交通艇、貨船和渡船，尤其適合在內河急流、險灘和沼澤地使用。

氣墊船具有許多優良的特性，它航速快、聲場磁場壓力場小、隱蔽性好、適應性強等，尤其適于在登陸作戰中作為登陸輸送工具使用。但也存在一些不足，主要是航程較短、耗油量大、經濟效益較低等。在軍事中，常用作輸送登陸兵、掃雷破障、搭載武器平臺的工具。

氣墊船的缺點是耐波性較差，在風浪中航行失速較大。氣墊船船身一般用鋁合金、高強度鋼或玻璃鋼復合材料制造；動力裝置用航空發動機、高速柴油機或燃氣輪機；船底圍裙用高強度尼龍橡膠布制成，磨損后可以更換。

在海上航行時，需要通過不同操縱面的組合控制使船舶在一個預設的航跡下航行。為了保持船舶航行的有效性、安全性，操作員必須將船舶實時所在的位置及時掌握，根據船舶的預定航跡、當前所處的位置、航向等來確定實際與期望的舵角差，將指令信號傳遞至舵控制系統中，將計算得出的力矩分配到不同操縱面，引導船舶進入期望航跡。為了提高動態性能，利用改進后的遺傳算法在各個采樣時間對PID參數進行整定，一方面可以降低船舶操作的門檻，另一方面能夠降低航行過程中的人力物力消耗。串接鏈分配方法首先對優先級較高的操縱面進行控制分配，當空氣舵舵角偏轉達到飽和時，通過空氣螺旋槳和側風門進行輔助控制。按照逐級遞減的規則能夠最大限度利用空氣舵。

施小成、劉振業、付明玉、王成龍等人提出“灰色預測GA-PID全墊升氣墊船航向控制”，采用灰色預測的GA-PID方法,利用遺傳算法在每個采樣時間對PID參數進行在線優化整定,同時利用灰色誤差預測可以準確預測誤差的實時變化趨勢,以誤差預測值進行PID控制可以起到一種超前控制的作用。遺傳算法在線整定PID,就是針對每個采樣時間實現PID控制參數的遺傳算法優化。在采樣時間k,選取足夠多的個體,計算不同個體的適應度。通過遺傳算法的尋優,選擇自適應度大的個體所對應的PID控制參數作為采樣時刻下的控制參數。但沒有考慮早熟的問題，使得容易出現局部最優解，降低了航跡控制的可靠性。

發明內容

本發明的目的在于公開跟蹤精度高、可靠性高的一種氣墊船航跡保持舵槳協同控制與分配方法。

本發明的目的是這樣實現的：

一種氣墊船航跡保持舵槳協同控制與分配方法，包含如下步驟：

步驟(1)：從氣墊船上的GPS和電羅經獲得氣墊船當前的位置和當前的艏向角，再將當前的位置、當前的艏向角和預設的位置、預設的艏向角作差值，計算出氣墊船的位置偏差和艏向角偏差；